Ondes

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• sommaire de la collection ONDES
  

  

  
  Les auteurs

  
  À propos de la collection ONDES

  
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  Sauf mention contraire, les ressources proposées sur ce site sont mises à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les Mêmes Conditions 4.0 International.

  Sommaire des séquences ▼

  

  Séquence 1 : aux sources des ondes, les phénomènes oscillants

  

  Séquence 2 : l'onde, un phénomène de propagation

  

  Séquence 3 : les ondes périodiques

  

  Séquence 4 : ondes acoustiques et sons musicaux

  

  Séquence 5 : produire des sons

  

  Séquence 6 : produire des ondes électromagnétiques

  

  Séquence 7 : mesurer à l’aide de la réfraction

  

  Séquence 8 : mesurer à l’aide des ondes polarisées

  

  Séquence 9 : mesurer des distances à l’aide de la diffraction et des interférences

  

  Séquence 10 : mesurer des vitesses à l’aide de l’effet Doppler

  

  Séquence 11 : observer grâce à la réflexion des ondes

  

  Séquence 12 : l’œil et la loupe

  

  Séquence 13 : microscopes

  

  Séquence 14 : la lunette astronomique

  

  Séquence 15 : le télescope

  

  Séquence 16 : transmettre l’information

  

  Séquence 17 : stocker, lire et afficher l’information

  Toutes les fiches de synthèse de la collection ▼

  

  Fiche 1.a : oscillations libres

  

  Fiche 1.b : oscillations forcées et résonance

  

  Fiche 2 : les ondes progressives

  

  Fiche 3 : les ondes périodiques

  

  Fiche 4 : ondes acoustiques et sons musicaux

  

  Fiche 5 : ondes mécaniques stationnaires

  

  Fiche 6.a : rayonnement et température

  

  Fiche 6.b : rayonnement et grandeurs photométriques

  

  Fiche 7 : réfraction et réflexion de la lumière

  

  Fiche 8 : ondes électromagnétiques et polarisation

  

  Fiche 9.a : diffraction des ondes

  

  Fiche 9.b : interférences

  

  Fiche 10 : l'effet Doppler

  

  Fiche 11 : réflexion, transmission, absorption

  

  Fiche 12 : la vision, modèles de l’œil et de la loupe

  

  Fiche 13 : le microscope et son modèle optique

  

  Fiche 14 : la lunette astronomique, instrument afocal

  

  Fiche 15.a : formation des images par les miroirs

  

  Fiche 15.b : le télescope de Newton et son modèle optique

  

  Fiche 16 : propagation libre et propagations guidées

  Pour se préparer au bac... ▼

  

  Sujets d'ECE "petit format"

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  Auteurs :

  - Nicolas CONTE, académie de Montpellier
  - Olivier LEVASSEUR, académie d'Aix-Marseille
  - Fabien MARTIGNOLES, académie de Montpellier
  - Stéphane MARY, académie de Nantes
  - Florence PRÉCLOUX, académie de Lyon
  - Tristan RONDEPIERRE, coordonnateur de la collection, académie de Lyon
  - Didier SAVART, académie de Nantes

  Administrateur Moodle : Sophie CANAL, académie de Montpellier

  La collection ONDES est structurée en séquences. Chacune comprend différents supports.
  Dans l'espace élèves :
  une fiche d'activités, souvent expérimentales, qui structure la séquence ;
  une fiche de synthèse qui énonce les notions de physique mises en oeuvre ou introduite lors des activités ;
  une fiche d'exercices ;
  des exercices interactifs que les élèves peuvent traiter en ligne s'ils ont été inscrits par leur professeur.
  Dans l'espace professeur (accessible aux enseignants identifiés) :
  - les corrigés des exercices ;
  - une aide à la mise en œuvre des activités (matériel, éléments de correction) ;
  - l'accès aux résultats des élèves aux tests interactifs.

  La collection ONDES comprend des exercices interactifs, repérés par le logo
  Les élèves pourront les traiter en ligne, corriger au fur et à mesure leurs erreurs et s'autoévaluer en ligne, à condition de disposer d'un identifiant personnel qui leur donnera un plein accès à tout le contenu du site.
  C'est à leurs professeurs de les inscrire au moyen du formulaire disponible sur la page d'accueil du site.

  

  Pour préparer le baccalauréat

  ECE : sujets traitables en une heure

  NOUVEAU !

  Les annales de l'épreuve écrite en SPCL

  

  Ondes mécaniques et électromagnétiques

  Séquence 1 : aux sources des ondes, les phénomènes oscillants

  Séquence 2 : l'onde, un phénomène de propagation

  Séquence 3 : les ondes périodiques

  Séquence 4 : ondes acoustiques et sons musicaux

  Séquence 5 : produire des ondes sonores

  Séquence 6 : produire des ondes électromagnétiques

  NOUVEAU : mars 2024

  

  Des ondes pour mesurer

  Séquence 7 : mesurer à l’aide de la réfraction

  Séquence 8 : mesurer à l’aide des ondes polarisées 

  Séquence 9 : mesurer des distances à l’aide de la diffraction et des interférences

  Séquence 10 : mesurer des vitesses à l’aide de l’effet Doppler

  

  Des ondes pour observer

  Séquence 11 : observer grâce à la réflexion des ondes

  Séquence 12 : l’œil et la loupe

  Séquence 13 : le microscope

  Séquence 14 : la lunette astronomique

  Séquence 15 : le télescope

  

  Transmettre, lire, stocker et afficher

  Séquence 16 : transmettre l’information

  Séquence 17 : stocker, lire et afficher l’information

• Séquence 1 : aux sources des ondes, les phénomènes oscillants
  
  Extrait d'une vidéo de Pierre-Laurent Cassière, reproduite avec l'aimable autorisation de l'auteur.
  http://pierrelaurentcassiere.com/

  Le diapason, filmé ici avec un effet stroboscopique qui donne une impression de ralenti, est l'outil qu'utilisent les musiciens pour accorder leurs instruments. Ces oscillations sont communiquées à l'air, qui entre en vibration et devient le milieu de propagation d'une onde sonore.
  À l'origine des ondes de trouve toujours un système oscillant. Mais qu'est-ce qu'un système oscillant ? Quelles grandeurs physiques le décrivent ? Qu'est-ce que la résonance ?
  

  Les notions clefs :

  - vibration, grandeur vibratoire
  - oscillation
  - oscillateur harmonique
  - régimes périodique, pseudopériodique et apériodique
  - oscillations autoentretenues
  - oscillation libre, oscillation forcée
  - fréquence, période
  - fréquence propre
  - résonance

  Zone texte et média: 1 Tests: 3 Dossiers: 2 Page: 1

• Séquence 2 : l'onde, un phénomène de propagation
  

  Sur cette image, la foudre s'abat sur la commune de Cuisery (Saône et Loire). Même s'ils ont été émis en même temps, la lumière de l'éclair et le son du tonnerre atteignent le photographe avec un décalage de plusieurs secondes. Il s'agit en effet de deux ondes de nature différentes.
  Les ondes sont un modèle qui, en physique, modélisent des phénomènes très divers. Mais qu'est-ce qu'une onde ? Comment distinguer les différents types d'ondes autour de nous ?
  

  Les notions clefs :

  - perturbation
  - ondes progressives
  - ondes mécaniques, ondes électromagnétiques
  - ondes transversales, ondes longitudinales
  - célérité

  Zone texte et média: 1 Tests: 4 Dossiers: 2 Pages: 2

• Séquence 3 : les ondes périodiques
  

  La vibration, au centre de ce plan d'eau, s'est propagée et donne cette ondulation : il s'agit d'une onde périodique. Cette séquence introduit le vocabulaire, les grandeurs et les relations à la base de l'étude des ondes périodiques, valables dans tous les domaines (sonore, électromagnétique, etc.).
  

  Les notions clefs :

  - phénomène périodique
  - période et fréquence
  - onde périodique
  - longueur d'onde
  - photon

  Zone texte et média: 1 Tests: 3 Dossiers: 2 Pages: 3 Fichiers: 4

• Séquence 4 : ondes acoustiques et sons musicaux
  

  Nous somme tous capables, que nous soyons musiciens ou pas, de reconnaître ce qui sonne juste de ce qui sonne faux, de distinguer les sons aigus des sons graves, ou encore, lorsqu'ils jouent la même note, de reconnaître deux sons joués par deux instruments de musique différents... Comment interpréter ces sensations avec nos connaissances sur les ondes ? Cette séquence fait le lien entre les grandeurs physiques qui décrivent l'onde acoustique et notre perception des sons.
  

  Les notions clefs :

  - onde acoustique périodique
  - spectre d'une onde acoustique
  - son pur
  - hauteur du son
  - timbre du son
  - niveau sonore
  

  Zones texte et média: 2 Tests: 4 Dossiers: 2 Page: 1

• Séquence 5 : produire des ondes sonores
  

  NOUVEAU : juin 2023

  La séquence précédente a montré qu'un son musical était une superposition de plusieurs harmoniques, à l'origine de son timbre. Mais comment ces harmoniques naissent-ils ? Pourquoi, par exemple, le son de la flûte de pan n'est-il constitué que d'harmoniques de rangs impairs ?
  Cette séquence aborde la manière dont un instrument de musique à corde ou à vent créée une onde sonore, à partir d'une notion nouvelle : l'onde mécanique stationnaire.

  Les notions clefs :

  - mode propre
  - mode fondamental et harmoniques
  - nœud et ventre de vibration
  - onde stationnaire

  Zone texte et média: 1 Fichier: 1 Dossiers: 2

• Séquence 6 : produire des ondes électromagnétiques
  
  Crédit photo : NASA / ESA
  (domaine public)

  NOUVEAU : mars 2024 - mise à jour en mai 2024
  

  NGC 7293, aussi connue sous le nom de "nébuleuse de l'Hélice", est une étoile en fin de vie, en transition entre l'état de géante rouge à celui de naine blanche. Contrairement à une idée reçue, la zone bleue possède une température plus élevée que la zone orange.
  Comment décrire l'émission de lumière par un corps chaud ? Quel rôle joue notre œil dans notre perception de la "luminosité" des objets que nous observons ? Cette séquence décrit l'émission des rayonnements par les corps et étudie la perception que nous en avons, en introduisant les grandeurs photométriques usuelles.
  

  Les notions clefs :

  - ondes électromagnétiques
  - rayonnement thermique
  - photon
  - sensibilité de l'oeil
  - flux énergétique / flux lumineux
  - éclairement énergétique / éclairement lumineux

  Zone texte et média: 1 Pages: 2 Dossiers: 2 Tests: 3

• Séquence 7 : mesurer à l'aide de la réfraction
  

  Jean-Paul Dardé, vigneron dans l'Hérault, se demande si sa récolte de raisin a un taux de sucre suffisant pour assurer un millésime de qualité. L'appareil de mesure qu'il utilise est un réfractomètre, instrument qui exploite l'interaction entre les ondes et la matière pour effectuer une mesure de concentration. Comment utiliser les phénomènes de réfraction et de réflexion pour mesurer ?

  Les notions clefs :

  - réfraction de la lumière
  - indice de réfraction
  - réflexion et réflexion totale
  

  Zone texte et média: 1 Tests: 4 Pages: 2 Dossier: 1

• Séquence 8 : mesurer à l'aide des ondes polarisées
  

  Cette image montre des grains d'amidon observés à travers un microscope polarisant dont les filtres ont été orienté de différentes manières. Lorsque ceux-ci sont dits "croisés" on observe le phénomène de croix noire qui permet aux biochimistes d'identifier l'amidon de pomme de terre.
  Qu'est-ce que la lumière polarisée ? Comment expliquer l'effet des molécules d'amidon sur cette lumière et comment exploiter ce phénomène pour réaliser des mesures de concentration ?
  Cette séquence approfondit ce qui a été vu sur les ondes électromagnétiques et introduit les notions utiles en chimie pour réaliser des mesures par polarimétrie.

  Les notions clefs :

  - ondes électromagnétiques
  - direction de polarisation, axe de polarisation
  - lumière naturelle, lumière polarisée
  - activité optique des espèces chimiques
  - pouvoir rotatoire des espèces chimiques

  Zone texte et média: 1 Tests: 3 Page: 1 Dossier: 1

• Séquence 9 : mesurer des distances à l’aide de la diffraction et des interférences
  
  

  Crédit photo : Yottanesia
  

  licence CC4.0

  Cette photographie a été prise à travers un filtre constitué de milliers de stries en forme d'anneaux concentriques : l'effet produit met en jeu les phénomènes de diffraction et d'interférences. Ceux-ci sont parfois des phénomènes parasites (nous verrons que c'est notamment le cas pour les instruments d'optique) mais peuvent aussi être exploités pour réaliser des mesures de distance avec une grande précision.
  Cette séquence introduit les phénomènes de diffraction et d'interférence et met en oeuvre diverses méthodes de mesure des distances exploitant ces deux phénomènes.
  

  Les notions clefs :

  - onde périodique
  - diffraction
  - angle d'ouverture
  - ondes synchrones
  - interférence

  Zone texte et média: 1 Tests: 9 Pages: 2 Dossier: 1

• Séquence 10 : mesurer à l'aide de l'effet Doppler
  
  

  Crédit photo : Wikimavi2014
  

  licence CC4.0

  Nouveau : juin 2023

  Cette image est le résultat d'un Doppler transcrânien : des ondes ultrasonores sont envoyées dans le cerveau du patient et la fréquence des ondes réfléchies permet la mesure de la vitesse de circulation des globules rouges. Cette technique d'imagerie permet la détection de microemboles, voire d'embolies.
  Mais pourquoi les ondes réfléchies n'ont-elles pas la même fréquence que les ondes émises ? Nous verrons qu'il s'agit d'une manifestation de l'effet Doppler. Cette séquence explique ce phénomène et illustre quelques unes de ses applications possibles.

  Les notions clefs :

  - onde périodique
  - période, fréquence et longueur d'onde
  - effet Doppler
  - décalage Doppler

  Zone texte et média: 1 Tests: 4 Dossiers: 2 Fichier: 1

• Séquence 11 : observer grâce à la réflexion des ondes
  
  échographie d'une clavicule 
  Vidéo réalisée et gracieusement
  offerte par le Dr Pascal Précloux
  (propriétaire de la clavicule)

  L'échographie est une technique non invasive d'imagerie médicale et peut être utilisée pour de très nombreuses indications. Elle peut être pratiquée sans risque sur n’importe quelle partie du corps : le cœur, les reins, les vaisseaux sanguins, le cerveau, la prostate, la thyroïde, etc. C'est aussi la technique privilégiée pour le suivi des grossesses. Elle repose sur l'émission d'ultrasons et la réception de la part qui est réfléchie par les organes visés.
  Pourquoi choisit-on les ondes ultrasonores ? Quelle est l'origine physique des nuances de gris observées sur les échographies ? Peut-on voir tous les organes par échographie ? 
  Cette séquence étudie la réflexion des ondes et met l'accent sur ses applications pour la réalisation des échographies.
  

  Les notions clefs :

  - onde acoustique périodique
  - réflexion, transmission et absorption
  - coefficients énergétiques de transmission et de réflexion
  - diffraction
  

  Zone texte et média: 1 Tests: 3 Dossiers: 2

• Séquence 12 : l'oeil et la loupe
  
  

  Creative Commons zero

  Cette séquence marque le début de la partie consacrée aux instruments d'optique. Mais le premier des instruments d'optique a étudier est... l’œil !
  Comment notre oeil peut-il voir nettement de près comme de loin ? Comment une loupe permet-elle d'obtenir une image grossie de ce que l'on observe ?
  Cette séquence propose un rappel de ce qui a été vu en classe de première sur ces sujets et approfondit l'étude avec les notions de diamètre apparent et de grossissement.

  Les notions clefs :

  - lentille convergente
  - foyer et distance focale
  - objet et image
  - relation de conjugaison
  - image réelle et image virtuelle
  - accommodation
  - grossissement commercial

  Zone texte et média: 1 Tests: 2 Dossiers: 2

• Séquence 13 : microscopes
   
  

  
  

  Le microscope, inventé au XVIIème siècle, a révolutionné notre connaissance du monde du vivant en permettant d'observer ce qui ne peut être vu à l'oeil nu, notamment les cellules. Comment fonctionne le microscope optique ? Qu'est-ce qui limite sa résolution ? Comment, avec le microscope à force atomique, peut-on aujourd'hui voir les molécules ?
  

  Cette séquence réinvestit les connaissances de base sur les lentilles pour proposer un modèle du microscope optique et se conclut par une première approche du microscope à force atomique.
  

  Les notions clefs :

  - objectif, oculaire
  - image intermédiaire, image définitive
  - grossissement commercial
  - pouvoir de résolution

  
  

  Zone texte et média: 1 Tests: 2 Pages: 2 Dossiers: 2

• Séquence 14 : la lunette astronomique
  
  image de fond : d'après Nicoleon
  Licence CC4.0

  
  

  La lunette astronomique a été inventée au Pays Bas à la fin du XVIème siècle. Galilée, à partir de 1609, en a perfectionné le fonctionnement et en a fait le premier instrument de l'Histoire utilisé pour observer le ciel. Ce sont les lunettes de sa conception qui lui ont permis de découvrir les cratères de la Lune, les satellites de Jupiter, les anneaux de Saturne, les phases de Vénus... autant d'observations qui ont largement contribué à valider les idées de Copernic sur le système Solaire.
  

  Que contient une lunette astronomique ? Quel est son principe de fonctionnement ? Comment modifier son grossissement et qu'est-ce qui limite son utilisation ? Cette séquence réinvestit les connaissances de base de l'optique pour étudier un modèle de la lunette astronomique.
  

  Les notions clefs :

  - objectif, oculaire
  - image intermédiaire, image définitive
  - grossissement
  - champ
  - pouvoir de résolution

  
  

  Zone texte et média: 1 Pages: 2 Dossiers: 2

• Séquence 15 : le télescope
  
  Crédit image : JulladaNARIT - Licence CC4.0

  
  

  Le télescope est l'instrument de prédilection des astronomes amateurs et professionnels. Comment fonctionne cet instrument ? Comment décrire son principe avec nos connaissances en optique ? Comment expliquer ses défauts ? Et pourquoi cette course au gigantisme des instruments ?
  
  

  Les notions clefs :

  - miroir plan
  - miroir sphérique
  - objectif, oculaire
  - image intermédiaire, image définitive
  - grossissement
  - champ
  - pouvoir de résolution

  
  

  Zone texte et média: 1 Tests: 5 Page: 1 Dossiers: 2

• Séquence 16 : transmission de l'information
  
  

  Crédit : Philippe Manaë - Creative Commons 3.0

  Cette photographie du sommet de la colline de Fourvière montre, à droite de la Basilique, la tour métallique : c'est ainsi que les lyonnais appellent l'antenne émettrice qui leur permet de recevoir la radio et la télévision par les ondes hertziennes.
  Cependant les téléspectateurs sont de plus en plus nombreux à préférer capter la télévision au moyen de leur "box" internet, elle même connectée par câble ou par fibre optique.
  Quelles ondes utilisent ces différents modes de transport de l'information ? Quels avantages et quels inconvénients présente chacun d'eux ?
  

  Les notions clefs :

  - signaux numériques
  - transmission de l'information
  - ondes électromagnétiques
  - propagation libre
  - propagation guidée
  - fibre optique
  - atténuation et atténuation linéique

  Zone texte et média: 1 Tests: 4 Dossiers: 2

• Séquence 17 : stocker, lire et afficher l'information
  
  

  Crédit : Creative Commons 0

  Les premiers afficheurs à cristaux liquides ont été présentés en 1971 au grand public ; aujourd’hui ils sont partout autour de nous.
  En 1982, le compact disc (CD), premier support optique numérique, est commercialisé. En 2006 le blu-Ray voit le jour : de même taille que le CD il peut stocker 40 fois plus données !
  Comment, du CD au Blu-ray, a-t-on réussi à multiplier la capacité de stockage par 40 sans modifier la taille du support ? Comment l'information stockée sur un disque optique est-elle codée ? Comment est-elle lue par les appareils ? Comment fonctionnent les afficheurs ?
  Cette séquence réinvestit un grand nombre de notions abordées dans les séquences précédentes afin de répondre à ces questions concernant le stockage, la lecture et l'affichage des données numériques.
  

  Les notions clefs :

  - interférence
  - diffraction
  - polarisation de la lumière

  Zone texte et média: 1 Page: 1 Dossiers: 2

• Pour préparer le bac...
  

  Des sujets d'ECE pour se  préparer au baccalauréat 

  Cette section rassemble des sujets d'évaluation des compétences expérimentales (ECE) originaux et de petit format, traitables en une ou deux heures. Les sujets sont ouverts à tous, leurs versions modifiables et les fiches pour le professeur sont accessibles aux enseignantes et enseignants identifiés.

  Zone texte et média: 1 Dossier: 1

• Toutes les fiches de synthèse
  Fichiers: 20

• Définitions
  Glossaire: 1